Diseño de Ley de Guía Geométrica Diferencial de Seguimiento de Waypoints de Mínimo Esfuerzo para Vehículos de Vuelo Endo-Atmosféricos
Autores: Qin, Xuesheng; Li, Kebo; Liang, Yangang; Liu, Yuanhe
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño de Ley de Guía Geométrica Diferencial de Seguimiento de Waypoints de Mínimo Esfuerzo para Vehículos de Vuelo Endo-Atmosféricos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vuelo autónomo
Endo-atmosférico
Ley de guiado
Geometría diferencial
Vehículos de vuelo
Puntos de referencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Para mejorar la capacidad de vuelo autónomo de los vehículos de vuelo endoatmosféricos, como misiles de crucero, drones y otros vehículos aéreos no tripulados (UAV) pequeños y de bajo costo, se propone en este documento una nueva ley de guía diferencial geométrica de seguimiento de waypoints de mínimo esfuerzo (MEWFDGGL). Utilizando la teoría clásica de curvas de geometría diferencial, el problema de guía óptima de los vehículos de vuelo endoatmosféricos se transforma en un problema de diseño de curva espacial óptima, donde el comando de guía es la curvatura. Por un lado, el cambio en la velocidad del vehículo de vuelo se desacopla del problema de guía. De esta manera, se elimina la hipótesis de velocidad constante, ampliamente adoptada en el proceso de diseño de la ley de guía, y, por lo tanto, el rendimiento de la MEWFDGGL propuesta no se ve influenciado por la velocidad variable del vehículo de vuelo. Por otro lado, considerando la carga computacional a bordo, se propone una forma subóptima de la MEWFDGGL para resolver el problema, donde tanto la complejidad como la carga computacional de la ley de guía aumentan drásticamente a medida que aumenta el número de waypoints. El análisis teórico demuestra que tanto la MEWFDGGL original como su forma subóptima pueden aplicarse a tareas generales de seguimiento de waypoints con un número arbitrario de waypoints. Finalmente, la superioridad y efectividad de la MEWFDGGL propuesta se verifican mediante una simulación numérica y experimentos de vuelo.
Descripción
Para mejorar la capacidad de vuelo autónomo de los vehículos de vuelo endoatmosféricos, como misiles de crucero, drones y otros vehículos aéreos no tripulados (UAV) pequeños y de bajo costo, se propone en este documento una nueva ley de guía diferencial geométrica de seguimiento de waypoints de mínimo esfuerzo (MEWFDGGL). Utilizando la teoría clásica de curvas de geometría diferencial, el problema de guía óptima de los vehículos de vuelo endoatmosféricos se transforma en un problema de diseño de curva espacial óptima, donde el comando de guía es la curvatura. Por un lado, el cambio en la velocidad del vehículo de vuelo se desacopla del problema de guía. De esta manera, se elimina la hipótesis de velocidad constante, ampliamente adoptada en el proceso de diseño de la ley de guía, y, por lo tanto, el rendimiento de la MEWFDGGL propuesta no se ve influenciado por la velocidad variable del vehículo de vuelo. Por otro lado, considerando la carga computacional a bordo, se propone una forma subóptima de la MEWFDGGL para resolver el problema, donde tanto la complejidad como la carga computacional de la ley de guía aumentan drásticamente a medida que aumenta el número de waypoints. El análisis teórico demuestra que tanto la MEWFDGGL original como su forma subóptima pueden aplicarse a tareas generales de seguimiento de waypoints con un número arbitrario de waypoints. Finalmente, la superioridad y efectividad de la MEWFDGGL propuesta se verifican mediante una simulación numérica y experimentos de vuelo.